Pin mặt trời perovskite dựa trên lớp xen kẽ chọn lọc lỗ đạt hiệu suất 26,39%
Các nhà nghiên cứu tại Trung Quốc tuyên bố đã chế tạo được một pin mặt trời perovskite có thể giảm hiệu quả sự di chuyển của ion và mang lại độ ổn định vượt trội. Thiết bị này sử dụng màng siêu mỏng làm từ vật liệu polyme được gọi là PDTBT2T-FTBDT (D18), được cho là cung cấp khả năng phủ sóng phù hợp trên bề mặt màng perovskite do tính lưu động cao của nó.
Ngày 2 tháng 1 năm 2025
Sơ đồ pin mặt trời
Ảnh: Đại học Huaqiao, nature communications, Giấy phép Creative Commons CC BY 4.0
Các nhà khoa học từ Đại học Huaqiao tại Trung Quốc đã thiết kế một pin mặt trời perovskite sử dụng lớp xen kẽ chọn lọc lỗ ức chế sự khuếch tán ion để tăng độ ổn định của thiết bị.
Sự di chuyển của ion được coi là nguyên nhân chính gây ra sự mất ổn định cho pin mặt trời perovskite. Hiện tượng này xảy ra khi mạng tinh thể mềm và các liên kết tương đối yếu trong màng perovskite dẫn đến năng lượng hình thành khuyết tật thấp, do đó nhiệt và ánh sáng có thể dễ dàng kích hoạt các khuyết tật ion bên trong mạng perovskite. Sự tích tụ các ion làm biến dạng cấu trúc tinh thể cục bộ và làm suy yếu màng perovskite, cả lớp vận chuyển điện tử (ETL) và lớp vận chuyển lỗ (HTL), cũng như các điện cực.
"Ý tưởng kết hợp lớp xen kẽ chọn lọc lỗ trong pin mặt trời perovskite được lấy cảm hứng từ pin nhiên liệu màng trao đổi proton (PEM), trong đó PEM đóng vai trò là chất dẫn proton đồng thời ngăn chặn sự khuếch tán của các loại hóa chất khác", các nhà nghiên cứu giải thích. "Việc thiết kế các rào cản bên trong ngăn chặn sự khuếch tán ion từ lớp này sang lớp khác là vô cùng quan trọng để cải thiện tuổi thọ hoạt động của pin mặt trời perovskite".
Nhóm nghiên cứu đã chế tạo lớp xen kẽ chọn lọc lỗ bằng vật liệu polyme siêu mỏng được gọi là PDTBT2T-FTBDT (D18), được cho là cung cấp khả năng phủ sóng phù hợp trên bề mặt của màng perovskite do tính lưu động cao của dung dịch pha loãng của nó. Nó cũng có tính năng căn chỉnh mức năng lượng phù hợp với chất hấp thụ perovskite và Spiro-OMeTAD HTL.
Các học giả đã lắng đọng lớp xen kẽ bằng cách phủ spin dung dịch chlorobenzene (CB) nóng của D18 lên trên lớp màng perovskite, được cho là dẫn đến sự hình thành của một màng dày đặc. Họ đã chế tạo pin mặt trời bằng chất nền làm bằng thủy tinh và oxit thiếc pha tạp flo (FTO), ETL dựa trên oxit thiếc (SnO2), chất hấp thụ perovskite, lớp xen kẽ D18, Spiro-OMeTAD HTL và tiếp xúc kim loại vàng (Au).
Nhóm đã đánh giá hiệu quả của lớp xen kẽ trong việc lưu trú sự khuếch tán ion và thấy rằng nó cung cấp hiệu suất vượt trội so với các loại polyme thường được sử dụng nhất là P3HT và PTAA. "Kết quả cho thấy lớp D18 có khả năng chặn ion mạnh mẽ dưới ứng suất nhiệt", nhóm giải thích thêm. "D18 tiếp xúc chặt chẽ với hạt perovskite và ranh giới hạt, cung cấp phạm vi phủ sóng phù hợp".
Pin mặt trời 0,12 cm2 được đề xuất đã được thử nghiệm trong điều kiện chiếu sáng tiêu chuẩn và được phát hiện đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng là 26,39%, điện áp mạch hở là 1,185 V, dòng điện ngắn mạch là 26,54 mA cm−2 và hệ số lấp đầy là 83,92%. Để so sánh, một pin tham chiếu được chế tạo mà không có lớp D18 đạt hiệu suất là 24,43%, điện áp mạch hở là 1,152 V, dòng điện ngắn mạch là 26,39 mA cm−2 và hệ số lấp đầy là 80,37%.
“Chúng tôi đã chứng minh rằng việc đưa lớp xen kẽ polyme D18 vào có thể ngăn chặn hiệu quả sự khuếch tán ion từ lớp này sang lớp khác trong các tế bào quang điện perovskite trong khi vẫn duy trì được quá trình vận chuyển lỗ hiệu quả cao, dẫn đến cải thiện đáng kể độ ổn định của các tế bào n-i-p với hiệu suất được chứng nhận là hơn 26%”, các nhà nghiên cứu cho biết, đồng thời lưu ý rằng tế bào này cũng có thể duy trì 95,4% hiệu suất ban đầu sau 1.100 giờ.
Họ cũng tuyên bố rằng thiết bị này hiện là tế bào quang điện perovskite “ổn định nhất” với mức hiệu suất cao.
